无线环境监测自动监测与报告毕业论文设计(2)

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3B3B3B3B3B3B3B3前言

今天，我们已经真正进入一个无线技术无所不在的时代。

城市环境信息的采集为人民健康生活提供及时信息，同时为环保部门及时作出反应提供信息保证；现代工业对环境的控制要求也越来越高，但是环境信息所需采集的数据信息是多点多项的，信息量巨大。由于条件的限制，每天不可能都有人在城市的各个地方监测环境的变化情况，通常情况下，以人工的方式进行信息的多点采集，一定会消耗大量的人力物力，是难以实现的。因此可以设置节点在城市的各个地方代替人工来实现数据的采集。将采集的数据传输给监测终端，可以在这里将控制指令传输给现场执行的模块进行各种操作。由于城市地方宽广、需要传输的数据多且比较频繁，使用传统的数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现故障换线困难，成本较高。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法完成铺设电缆时，数据将无法传输。为了解决以上问题，设计一套环境信息多点采集无线传输系统，实现对周边环境的温度、光照和空气质量的检测，通过监测终端对其进行监测。

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4B4B4B4B4B4B4B4第一章 无线环境监测模拟装置设计简介

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（一）无线环境监测模拟装置设计意义

无线传感器网络节点通常由数据处理电路、通信电路和传感器构成，可以置于农田、

工厂设备或战场等危险或人类不便到达的地方完成控制、测量、定位等多种功能

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将传感器技术和无线通信技术相结合形成的高精度、搞可靠性的环境监测装置应用前景非常广阔。无线技术在城市环境监测方面有重要的应用，环境监测系统，可以对城市的温度、光照和大气质量等进行监测，从而确保市民生活的正常的进行，还可以用于海洋环境监测、现代军事演练通信等。随着技术的进步，无线通信将迅速地向我们日常生活的各个方面扩展。

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（二）无线环境监测技术国内外发展

在上世纪的70年代，就有了将传统的传感器利用点对点来传输、连接到传感控制

器以构成它的雏形，我们称它为传感器网络第一代。随着一些相关学科的逐渐发展，通过与微处理器的控制，传感器网络不断发展具备了综合处理多种信息的功能。这就是人们常说的传感器网络的第二代。后来现场技术发展，在传感器网络上应用，人们用其组建传感器网络使其智能化，通过无线收发技术来连接，因而无线传感器网络慢慢的形成

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进入21世纪的信息时代，无线传感器网络的应用进入了新的阶段，各信息业巨头

们纷纷启动了这方面的研究计划。早在2002年10月，英特尔公司就发布了誓基于微型传感器网络的新型计算发展规划，此规划开发了集成度很高的超微型传感器[3]。

无线环境监测系统，具有非常广泛的应用前景，它的发展和应用将给人类的生活和生产的各领域带来很大改变。我国的一些科研单位和大学，如中国科学院、清华大学、哈尔冰工业大学等从2002年起开始对无线环境监测系统的研究。无线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势。

这种无线环境监测模拟装置利用无线通信，数据传输方便可靠，关于通信协议的问题是本课题研究的重点之一。关于无线通信的算法问题，现在有诸多需要解决的问题以

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实现其可靠、实时、安全的快速通信。

以微处理器为核心的低功耗、小体积、低价格嵌入式无线通信和无线网络系统近年来得到迅速发展。在城市环境监测系统中，每个无线环境监测节点有单片机构成，在每个节点上配置了不同的传感器，包括温度、光照、大气质量等。节点间的距离可以达到百米左右，几百个这样的节点组成的无线网络，可以覆盖大区域的环境监测。每个节点既实现该节点周围的环境数据，同时也实现数据的中转，将信息传输到天线范围的其他节点上，最终传输给监测终端。

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（三）本次设计的主要任务

1．无线环境监测模拟装置设计要求 1） 一个监测终端； 2） 两个探测节点数据采集； 3） 显示方式采用LCD； 4） 探测节点转发； 5） 通信协议设计分析；

6） 体积小、功耗低、便于嵌入到其他系统。 2．硬件电路的设计 1) 方案的论证; 2) 元件的选择;

3) 用Altium designer绘制原理图。 3．系统的PCB制作 4．系统软件的编写 5．误差分析

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5B5B5B5B5B5B5B5第二章 无线环境监测系统概述

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（一）单片机应用系统简介

单片机系统是通讯管理和现场监测设计的良好选择。单片机是微型计算机的一个重要分支，也是一种应用灵活且生命力较强的机种。单片机是单片微型机的简称，对于控制领域特别适用，故又称为微控制器（Microcontrolier）。它是一种集成可编程控制、单芯片形态的微处理器芯片，是采用超大规模集成电路技术把随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、中央处理器CPU、只读存储器ROM、定时器/计时器等功能（可能还包括A/D转换器、脉宽调制电路、模拟多路转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微计算机系统[4]。

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（二）无线环境监测模拟装置设计思路

在本次设计中主要通过传感器对环境数据的采集经AD转换器处理，数据处理的精

确性要求较高；对于单片机系统的稳定性是系统稳定的关键，软件算法直接决定系统的性能，在软件流程控制上是本次设计的重点之一；其次，就是通信协议的可靠及稳定，是节点和监测终端连接的关键技术，设计中着重解决通信协议的算法。点对多点的无线系统对无线传输提出了双向通信的要求，即主机和从机都可以进行发射和接收，并且在相互之间协调有序，不会产生冲突和干扰[5]。

无线环境监测系统主要由监测终端和探测节点构成，探测节点可有255个实现对周边环境中的温度、光照和空气质量等数据的收集，传送给监测终端，以达到对环境实时监测的目的。探测节点分布示意图如图2.2.1。

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图2.2.1 节点分布和节点转发示意图

节点较多时较远距离的节点经过中间节点的转发实现数据的传输，节点转发的距离等于L1+L2。

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（三）无线环境监测模拟装置探测节点

无线环境监测模拟装置探测节点是系统的各个神经细胞，感应环境的变化，由多个

传感器组成的传感器网络节点，结合微处理器将各个传感器的信号加以处理，经过无线通信模块发送给监测终端；另外，考虑到探测节点的无线传输距离有限，在需要较远距离传输的时候各个节点可以相互转发，实现较远距离的数据传输。无线环境监测模拟装置探测节点的结构框图如图2.3.1所示。

图2.3.1 探测节点结构框图

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